Công nghệ pin mặt trời TBC (TOPCon tiếp xúc mặt sau): Đầy đủ
Mục lục
Câu trả lời nhanh: TBC, hay TOPCon back contact, là pin tiếp xúc mặt sau sử dụng tiếp xúc thụ động hóa TOPCon ở mặt sau thay vì tiếp xúc dị thể. Nó nằm trong một chuỗi lộ trình rộng hơn, nơi ngành công nghiệp đang chuyển từ bề mặt sau đồng nhất sang kiến trúc mặt sau phân biệt theo vùng, gán một loại tiếp xúc khác nhau cho từng khu vực của mặt sau. Đối với nhà sản xuất, ý nghĩa của TBC nằm ở khả năng tương thích quy trình: vì nó được xây dựng trên các bước quy trình TOPCon mà dây chuyền đã vận hành, đây là biến thể tiếp xúc mặt sau có chi phí áp dụng thấp nhất từ cơ sở TOPCon đã lắp đặt. Công việc đo lường và đặc trưng liên quan — các công cụ đo thời gian sống hạt tải như dòng WCT-120 — trở nên quan trọng hơn với TBC so với pin tiếp xúc mặt trước, vì mẫu mặt sau là nơi chất lượng thụ động hóa thực sự quyết định hiệu suất. Kiểm tra mặt sau cũng trở thành công cụ đảm bảo năng suất thay vì chỉ là kiểm tra chất lượng.
Sản xuất mô-đun PV · bởi Jerry, Ooitech
Tổng quan công nghệ
Vị trí của TBC trong toàn bộ trình tự tuyến đường rộng hơn, và lý do tại sao khả năng tương thích quy trình hiện nay quan trọng hơn cấu trúc, được đề cập trong Lộ trình công nghệ pin BC: từ cấu trúc đến quy trình.
Nội dung dưới đây được chia sẻ chỉ để tham khảo. Nếu có bất kỳ vi phạm kỹ thuật hoặc hướng dẫn không chính xác nào, vui lòng liên hệ với tác giả để gỡ bỏ hoặc chỉnh sửa.
Pin TBC là gì?
TBC là viết tắt của TOPCon Back Contact. Nó kết hợp lớp thụ động hóa TOPCon (oxit đường hầm cộng với poly-silicon) với cấu trúc tiếp xúc mặt sau xen kẽ IBC, vì vậy mọi người còn gọi nó là pin POLO-IBC.
Nó tích hợp sâu lớp thụ động hóa oxit đường hầm / poly-Si của TOPCon với bố cục tiếp xúc mặt sau IBC. Điều đó mang lại cho bạn khả năng thụ động hóa mặt sau mạnh mẽ của TOPCon cùng với ưu điểm không bị che bóng bởi lưới kim loại mặt trước của IBC, với toàn bộ việc thu dòng được chuyển ra mặt sau. Kết quả là điện áp hở mạch cao hơn và dòng ngắn mạch cao hơn. Đây là một trong những hướng đi hiệu suất cao loại N chủ đạo cho thế hệ tiếp theo.
Ưu điểm cốt lõi
Không có lưới kim loại mặt trước, do đó loại bỏ tổn thất che bóng mặt trước và Isc tăng lên
Thụ động hóa đường hầm TOPCon giảm tái hợp mặt sau và nâng cao Voc
Bố cục tiếp xúc mặt sau P/N xen kẽ tối ưu hóa đường thu gom hạt tải và giảm điện trở nối tiếp
So với TOPCon tiêu chuẩn và IBC tiêu chuẩn, nó cân bằng giữa chất lượng thụ động hóa và tích hợp cấu trúc
Tương thích với hầu hết thiết bị cốt lõi trên các dây chuyền loại N hiện có, do đó quy trình có thể được nâng cấp từng bước
So sánh với các pin thông thường
TOPCon tiêu chuẩn: che bóng bởi lưới mặt trước, thụ động hóa TOPCon toàn diện tích ở mặt sau
IBC tiêu chuẩn: cấu trúc tiếp xúc mặt sau, nhưng thụ động hóa dựa vào oxit silicon / nitrua silicon, không có thụ động hóa poly-Si đường hầm
TBC (POLO-IBC): cấu trúc tiếp xúc mặt sau IBC cộng với thụ động hóa đường hầm TOPCon tích hợp, do đó cả cấu trúc và thụ động hóa đều được tối ưu hóa
Tổng quan toàn bộ quy trình công nghệ
Đầu vào tấm wafer → tiền làm sạch / loại bỏ hư hại do cắt → oxit đường hầm mặt sau + lắng đọng poly-Si (LPCVD) → lắng đọng mặt nạ SiN mặt sau → mở laser mặt sau lần thứ nhất (vùng boron) → pha tạp boron (p-poly) → mở laser mặt sau lần thứ hai (vùng phosphorus) → pha tạp phosphorus (n-poly) → làm sạch để loại bỏ khuếch tán bao quanh / BSG / PSG → lắng đọng màng thụ động hóa mặt sau → in mặt nạ sáp để bảo vệ mặt sau → tạo nhám mặt trước + ăn mòn cách ly P/N → lắng đọng màng chống phản xạ thụ động hóa SiN mặt trước và mặt sau → in lưới điện cực kim loại mặt sau → nung → kiểm tra điện → phân loại và đóng gói
Thông số quy trình chi tiết
3.1 Làm sạch và đánh bóng (tiền làm sạch + loại bỏ hư hại do cắt)
Mục đích: loại bỏ lớp hư hại do cắt, tạp chất kim loại bề mặt, hạt và dầu; đánh bóng tấm wafer một mặt hoặc hai mặt để có nền silicon sạch, phẳng và giữ cho việc lắng đọng lớp đường hầm sau đó được đồng đều.
Thiết bị chính: dây chuyền làm sạch và đánh bóng ướt liên tục, bể đánh bóng kiềm, bể làm sạch axit.
Hóa chất chính: kiềm mạnh (NaOH/KOH), HF, HCl, IPA, phụ gia tạo nhám, chất hoạt động bề mặt.
Các mục giám sát chính:
Tổn thất khối lượng khi đánh bóng: cân điện tử
Độ phản xạ bề mặt: máy đo độ phản xạ
Thời gian sống của hạt tải thiểu số iVoc: máy đo thời gian sống tức thời WCT-120
Chụp ảnh tái hợp hạt tải: máy kiểm tra PL (R3-PL)
Độ nhám bề mặt và độ sạch: kính hiển vi quang học
Kiểm soát chất lượng: hư hại do cắt được loại bỏ hoàn toàn, không có vết bẩn hoặc bậc trên bề mặt, tổn thất khối lượng đồng đều, không có sụt giảm thời gian sống rõ rệt.
3.2 Lắng đọng oxit đường hầm + poly-Si
Mục đích: nuôi một lớp oxit đường hầm siêu mỏng (SiO₂) sau đó một lớp poly-Si nguyên chất trên mặt sau tấm wafer, tạo thành cấu trúc thụ động hóa TOPCon cốt lõi để thụ động hóa trường mạnh và hóa học cùng tái hợp mặt sau thấp.
Thiết bị chính: LPCVD dạng ống.
Nguồn khí: SiH₄, O₂, N₂ (khí mang / khí tẩy).
Các mục chính:
Độ dày poly-Si: máy đo độ dày poly, máy đo ellipsometer
Độ dày oxit đường hầm: ECV, ellipsometer
iVoc (WCT-120)
Độ đồng đều PL
Điện trở tấm (giám sát poly nguyên chất trước khi pha tạp)
Kiểm soát chất lượng: oxit siêu mỏng và đồng đều, poly-Si dày đặc và không có lỗ kim, độ đồng đều độ dày tốt trên toàn tấm wafer.
3.3 Lắng đọng mặt nạ SiN mặt sau
Mục đích: lắng đọng một lớp nitrua silicon (SiNₓ) dày đặc trên poly-Si nguyên chất làm mặt nạ chặn cho các bước mở laser và pha tạp sau đó, cho phép các vùng pha tạp chọn lọc.
Thiết bị chính: PECVD.
Nguồn khí: SiH₄, NH₃, N₂.
Các mục chính: độ dày SiN (ellipsometer quang phổ), chiết suất và độ đồng đều, iVoc, độ đồng đều PL.
Kiểm soát chất lượng: mặt nạ dày đặc, không có lỗ kim, độ dày đồng đều để đảm bảo cách ly pha tạp.
3.4 Mở laser mặt sau lần thứ nhất (cửa sổ khuếch tán boron)
Mục đích: loại bỏ chọn lọc mặt nạ SiN trên vùng khuếch tán boron bằng cách bóc tách laser cục bộ trong khi giữ lại poly-Si nguyên chất bên dưới, mở cửa sổ cho poly loại p sau đó.
Thiết bị chính: hệ thống mở laser sợi quang / nanosecond hoặc picosecond, công cụ tạo mẫu laser độ chính xác cao.
Điều chỉnh quy trình: điều chỉnh công suất laser, tần số lặp lại, tốc độ quét và độ chồng chập điểm để chỉ loại bỏ mặt nạ SiN trên cùng và không làm hỏng poly-Si nguyên chất bên dưới, giữ nguyên nền thụ động hóa.
Đặc trưng chính: kiểm tra bằng kính hiển vi quang học hình dạng rãnh, tính toàn vẹn cạnh và liệu lớp poly có bị cháy không.
3.5 Pha tạp boron mặt sau (p-poly)
Mục đích: khuếch tán boron vào poly-Si nguyên chất trong vùng đã mở để chuyển nó thành poly loại p pha tạp mạnh (p-poly), đồng thời tạo BSG trên bề mặt. BSG sau đó hoạt động như một mặt nạ chặn tự nhiên cho khuếch tán phosphorus.
Thiết bị chính: lò khuếch tán boron dạng ống.
Môi trường xử lý: nguồn lỏng BBr₃; O₂, N₂ môi trường.
Đặc trưng chính: điện trở tấm vùng p, độ đồng đều pha tạp, tính toàn vẹn lớp phủ BSG, độ đồng đều pha tạp PL.
Kiểm soát chất lượng: pha tạp boron đủ, điện trở tấm đồng đều, BSG liên tục và hoàn chỉnh không có khoảng trống cục bộ.
3.6 Mở laser mặt sau lần hai (cửa sổ khuếch tán phosphorus)
Mục đích: loại bỏ lớp mặt nạ SiN còn lại để lộ poly-Si nguyên bản chưa pha tạp làm vùng pha tạp phosphorus loại n, đồng thời giữ nguyên lớp BSG đã hình thành khỏi hư hại do laser.
Thiết bị chính: hệ thống tạo mẫu / mở bằng laser.
Trọng tâm quy trình: kiểm soát năng lượng laser chính xác để tránh đục xuyên qua lớp BSG, giữ ranh giới cách ly sạch giữa vùng P và N.
3.7 Pha tạp phosphorus mặt sau (n-poly)
Mục đích: khuếch tán phosphorus vào poly-Si nguyên bản ở cửa sổ thứ hai để tạo poly pha tạp nặng loại n (n-poly). BSG được tạo ở bước trước hoạt động như mặt nạ tự căn, ngăn phosphorus khuếch tán vào vùng p-poly và đạt được tự cách ly các vùng P/N.
Thiết bị chính: lò khuếch tán phosphorus dạng ống.
Môi trường xử lý: nguồn lỏng POCl₃; O₂, N₂ môi trường.
Nguyên lý chính: BSG còn lại hoạt động như rào cản khuếch tán tự nhiên và ngăn nhiễm phosphorus vào vùng p-poly. Sau khi khuếch tán phosphorus, BSG một phần chuyển thành oxit hỗn hợp boron-phosphorus, càng tăng cường cách ly.
Đặc trưng chính: điện trở tấm vùng n, cách ly ranh giới P/N, theo dõi xu hướng rò rỉ.
3.8 Làm sạch để loại bỏ khuếch tán bao quanh (loại bỏ BSG/PSG)
Mục đích: loại bỏ hóa học tất cả BSG, PSG và cặn bề mặt, đồng thời tẩy lớp pha tạp bao quanh cạnh và bên hông để tránh rò rỉ cạnh.
Thiết bị chính: dây chuyền làm sạch ướt nội tuyến.
Hóa chất chính: chủ yếu HF, cùng phụ gia axit và hệ axit đệm.
Hỗ trợ quy trình: thổi khí sạch khô, sấy khí nóng.
Kiểm soát chất lượng: loại bỏ hoàn toàn thủy tinh oxit, bề mặt sạch không cặn, không còn cặn bao quanh ở cạnh.
3.9 Lắng đọng màng bảo vệ thụ động SiN mặt sau
Mục đích: lắng đọng màng bảo vệ thụ động SiN trên cấu trúc poly P/N đan xen mặt sau để thụ động hóa và bảo vệ vùng tiếp xúc mặt sau và ngăn tấn công hóa học ở các bước sau.
Thiết bị chính: PECVD.
Nguồn khí: SiH₄, NH₃, N₂.
Đặc trưng: độ dày SiN, chiết suất, độ đồng đều màng.
3.10 Phủ mặt nạ sáp mặt sau (mặt nạ bảo vệ)
Mục đích: phủ hoàn toàn mặt sau bằng lớp bảo vệ sáp bằng in lụa để che chắn cấu trúc tiếp xúc mặt sau P/N đã hình thành và màng SiN, ngăn bước khắc mặt trước sau này tấn công các lớp chức năng mặt sau.
Thiết bị chính: máy in lụa (trạm in sáp).
Trọng tâm kiểm soát: in sáp hoàn chỉnh, không bỏ in, không lỗ kim, niêm phong cạnh tốt để mặt sau được bảo vệ suốt quá trình.
3.11 Khắc hóa học mặt trước + tẩy sáp và làm sạch
Mục đích:
Loại bỏ pha tạp dư và lớp hư hại trên mặt trước wafer
Tạo nhám mặt trước để tạo bề mặt kim tự tháp và giảm phản xạ mặt trước
Đạt cách ly cạnh giữa vùng P và N mặt sau thông qua khắc ngang để giảm rò rỉ cạnh
Cuối cùng tẩy mặt nạ sáp mặt sau để lộ cấu trúc tiếp xúc mặt sau hoàn chỉnh
Thiết bị chính: dây chuyền khắc ướt và tạo nhám nội tuyến hai mặt.
Hóa chất chính: kiềm mạnh (NaOH), HF, phụ gia tạo nhám, chất khắc đệm.
Nguồn khí: khí nén sạch, thổi N₂.
Kiểm soát chất lượng: tạo nhám mặt trước đồng đều, hình thái kim tự tháp đạt chuẩn, cách ly P/N phù hợp, không đường rò rỉ, tẩy sáp sạch không cặn.
3.12 Màng chống phản xạ thụ động SiN mặt trước và mặt sau
Mục đích: lắng đọng màng chống phản xạ thụ động SiN trên mặt trước cho cả chống phản xạ và thụ động bề mặt; thêm và tối ưu màng thụ động mặt sau để cải thiện hơn nữa thụ động hóa và độ tin cậy.
Thiết bị chính: PECVD.
Nguồn khí: SiH₄, NH₃, N₂.
Đặc trưng: độ dày màng mặt trước và mặt sau, chiết suất, thời gian sống hạt tải thiểu số, độ phản xạ.
3.13 In lụa điện cực mặt sau và nung
Mục đích: in điện cực bạc-nhôm trên vùng P mặt sau và điện cực bạc trên vùng poly loại n để tạo điện cực dương và âm tiếp xúc mặt sau đan xen, sau đó dùng nung nhiệt độ cao để tạo tiếp xúc ohmic giữa kim loại và poly-Si pha tạp.
Thiết bị chính: máy in lụa tiếp xúc mặt sau chuyên dụng, lò nung nội tuyến.
Bước chính: in căn chỉnh mẫu điện cực mặt sau → sấy → nung nhiệt độ cao (tạo tiếp xúc ohmic).
3.14 Kiểm tra hậu đoạn và phân loại
Nội dung quy trình: kiểm tra EL (khuyết tật, vi nứt, rò rỉ), kiểm tra điện IV (Voc, Isc, FF, Eff), kiểm tra ngoại quan, phân cấp và phân loại, đóng gói và nhập kho.
Thiết bị kiểm tra: máy kiểm tra EL, máy kiểm tra IV, trạm kiểm tra ngoại quan.
Thách thức chính và những điểm cần tập trung
Những phần khó của công nghệ TBC là gì, và cần chú ý ở đâu?
Kiểm soát độ đồng đều độ dày của oxit đường hầm siêu mỏng là khó
Hai bước mở laser đòi hỏi độ chính xác căn chỉnh cực cao
Giữ nguyên mặt nạ tự căn BSG là cốt lõi của quy trình
Khắc cách ly đan xen P/N dễ bị rò rỉ cạnh
In điện cực tiếp xúc mặt sau cần độ chính xác căn chỉnh cao hơn pin thông thường
Quản lý suy giảm thời gian sống hạt tải thiểu số trong toàn bộ quy trình là khó
Các tham số SPC chính cần theo dõi
Độ dày oxit đường hầm và độ dày poly-Si
Hình thái mở laser và độ lệch căn chỉnh cho cả hai bước
Độ đồng đều điện trở tấm của khuếch tán boron và phosphorus
iVoc và thời gian sống hạt tải thiểu số PL được theo dõi trong toàn bộ quy trình
Độ phản xạ mặt trước và hình thái tạo nhám
Vi nứt EL, rò rỉ, và trạng thái cách ly cạnh
Quan điểm của Ooitech
TBC sống còn nhờ vào các chi tiết, và mặt nạ tự căn chỉnh BSG chính là nhân tố thầm lặng ở đây vì nó cho phép các vùng phốt pho và bo tự sắp xếp mà không cần bước mặt nạ thứ ba. Điều chúng tôi theo dõi nhiều nhất trên các dây chuyền module là cách các cell tiếp xúc mặt sau có Voc cao này hoạt động ở các công đoạn hàn nối và ép laminate phía sau, bởi vì lớp kim loại hóa toàn bộ mặt sau của chúng thay đổi cục diện liên kết. Nếu bạn muốn xem các dây chuyền module loại N thực tế đang vận hành, kênh YouTube của chúng tôi www.youtube.com/ooitech có những thước phim nhà máy đáng để xem.
